基于mcrA克隆文库和PCR-DGGE技术对牛粪为原料的农村户用沼气池产甲烷古菌的多样性研究

基于mcrA克隆文库和PCR-DGGE技术分析,对农村户用沼气池中产甲烷古菌微生物的群落结构进行了分析。经mcrA克隆文库分析,结果表明,沼气池中产甲烷古菌以产甲烷囊菌属(Methanoculleus)和小甲烷粒菌属(Methanocorpusculum parvum)为主,其他类群包括产甲烷菌属(Methanogenium),马氏甲烷八叠球菌属(Methanosarci-na mazei),甲烷盘菌属(Methanoplanus),甲烷杆菌属(Methanobacteriales)和甲烷鬃菌属(Methanosaeta)。经PCR-DGGE分析,沼气池中的古菌主要以产甲烷囊菌属(Methanoculleus)和甲烷粒菌属(Methanocorpusculum)为主,其他类群包括产甲烷菌属(Methanogenium),甲烷盘菌属(Methanoplanus)和甲烷鬃菌属(Methanosaeta)。     

用DGGE和Real-Time PCR对低温沼气池中产甲烷古菌群落的研究

利用DGGE及Real-Time PCR技术对不同地区低温沼气池中沼泥行进发酵前期、后期产甲烷古菌群落变化进行了研究.DGGE技术用于分析发酵前后产甲烷古菌优势群落的变化;Real-Time PCR技术用于分析发酵前期、后期样品产甲烷古菌的数量变化.结果表明,沼气低温发酵的过程中,不同沼泥样品发酵前期、后期产甲烷古菌的优势群落差异明显且数量上也存在较大差异;主要变化的产甲烷古菌的优势群落为甲烷粒菌属(Methanocorpusculum),甲烷八叠球菌属(Methanosarcina),甲烷鬃毛菌属(Methanosaeta).甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)在黑龙江沼泥样品(A1)发酵后期成为优势群落,甲烷鬃毛菌属(Methanosaeta)在山东发酵前期(B1),后期样品(B2)及安徽发酵前期样品(C1)中占有绝对优势.产甲烷古菌的数量介于104 ～ 105个·mL-1之间,其中黑龙江样品中产甲烷菌数量最多,而安徽样品中产甲烷菌数量最少.     

两种胶浓度PCR-DGGE方法对不同处理羊粪低温沼气发酵优势细菌结构多样性的分析北大核心

利用PCR-DGGE方法分析不同菌剂处理对羊粪沼气发酵微生物种群多样性的影响,了解低温条件下(15℃)羊粪沼气发酵过程中优势细菌群落结构多样性变化规律,从而为北方地区冬季低温沼气发酵促进菌剂的筛选奠定理论基础。通过对不同发酵处理的羊粪沼气反应器中取样,采用溶菌酶法,分别进行沼液中总DNA的提取,总DNA经纯化后采用引物341F-GC和518R进行细菌16S r DNA基因V 3区PCR扩增,扩增产物进行两种胶浓度变性梯度凝胶电泳(DGGE)分离并回收优势条带和变化明显的条带进行扩增、测序及系统进化树的绘制,分析其细菌结构多样性。序列比对的结果表明,羊粪沼气反应器中的优势细菌菌群为:回收的44条带中拟杆菌门(Bacteroidetes)占32%,变形菌门(Proteobacteria)占30%,厚壁菌门(Firmicutes)占36%。其中,在15℃条件下,反应器中细菌优势基因片段更为丰富均匀,存在相对稳定的优势种群,且各处理的优势菌的丰度比对照组中相应菌的丰度更强,存在差异条带,细菌种群变化明显,优势种群亦有所不同,主要有Clostridium sp.,Proteiniphilum sp.,Bacteroidales bacterium,Pseudomonas sp,Advenella sp.等,其中低温下菌剂处理的以梭菌属菌(Clostridium)表现有较高的丰度;而在30℃条件下,主要有Bacteroidales bacterium,Hydrogenophaga sp.,Pseudomonas sp,Clostridiales bacterium等,其中以噬氢菌属(Hydrogenophaga)Hydrogenophaga sp.表现有较高的丰度,条带多样性数量比15℃的要少,添加菌剂处理对细菌种群变化影响不明显。     

富集纤维素降解菌群过程中微生物群落多样性分析

纤维素降解微生物资源的挖掘，是实现纤维素高值化利用的重要途径。为构建高效的可培养的纤维素降解体系，以羧甲基纤维素钠(CMCNa)为底物，通过长时间富集山羊瘤胃内溶物，经传代培养，初步构建了1个纤维素降解富集体系。在富集过程中选取前、中、后3个时期10个传代样品，采用高通量测序技术，剖析富集物中细菌、真菌群落结构和多样性的响应差异，揭示不同时期的微生物群落结构变化规律。前期传代样品的细菌丰富度、多样性及均匀度均优于后期传代样品。前期传代样品的真菌群落丰富度较差，但真菌群落的多样性及均匀性高于后期传代样品。分析10个样品中的细菌属水平，德沃斯氏菌属(Devosia sp.),纤维单胞菌属(Cellulomonas sp.)所占比例较高。真菌属水平曲霉属(Aspergillus sp.),古根霉属(Archaeorhizomyces sp.)所占比例较高。细菌，真菌属热图分析表明不同传代样品之间优势种群存在显著差异。以羧甲基纤维素钠为底物对山羊瘤胃内容物连续传代培养可以富集得到纤维素降解复合菌系。     

水稻秸秆堆肥发酵粗制肥料中微生物多样性研究

研究基于Illumina平台的高通量测序技术,初步解析等量的、不同氮源添加(尿素和牛粪)的水稻秸秆经堆肥发酵后制得粗制肥料中细菌和真核微生物群落结构和多样性。添加尿素和牛粪发酵成的粗制肥料中分别得到897个和954个细菌可操纵分类单元(Operational taxonomic unit,OTU),以及508个和585个真核微生物OTU,且添加牛粪处理的细菌和真核微生物群落丰富度和多样性均高于添加尿素处理。添加尿素制得粗制肥料以放线菌门(Actinobacteria,71.9%)的Streptomyces(40.9%)和Cellulosimicrobium(22.2%)菌属为最优势的细菌类群,以真菌子囊菌门(Ascomycota,70.0%)的Pichia(46.1%)菌属为主要优势的真核微生物类群。添加牛粪制得粗制肥料以变形菌门(Proteobacteria,58.5%)的Pseudomonas(47.8%)菌属为最优势的细菌类群,以真菌子囊菌门(Ascomycota,42.5%)的Aspergillus(23.9%)菌属和接合菌门(Zygomycota,20.5%)的Mucor(9.4%)菌属为主要优势的真核微生物类群。研究结果表明,不同的氮源添加可导致水稻秸秆堆肥发酵制得粗制肥料中形成具有不同优势种群结构的细菌和真核微生物群落,并会导致腐熟各阶段发挥作用的微生物类群的差异。     

基于宏基因组的青海农用沼气池微生物组成和功能分析

以产气性能不同的青海农用沼气池为研究对象,利用宏基因组技术分析了全年温度最高和最低时期污泥样品的微生物组成和功能特征。物种注释显示发酵系统中蕴藏着丰富的微生物种群。在细菌类群中,拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门丰度最高,占所有菌群相对丰度的72. 37%～74. 00%,参与关键的发酵作用。在4种样品中,互养菌门(相对丰度1. 62%～4. 73%)丰度偏低,与沼气产气的变化规律相一致,可能是沼气生产重要的功能类群。在属水平上,优势类群依次是海螺菌属(相对丰度6. 75%)、梭菌属(相对丰度4. 56%)、密螺旋体属(相对丰度3. 60%)和假单胞菌属(相对丰度3. 01%)。古菌类群中,产甲烷菌属(相对丰度25. 41%～31. 65%)是最优势类群,也是最主要的产气功能类群。功能注释表明,产气好比产气差的样品具有更多的有效基因,参与甲烷代谢相关路径的功能基因丰度更高。在样品中,甲烷代谢途径涉及的氢代谢-营养型产甲烷菌参与CO2还原反应,所有代谢通路完整,且产气好的样品功能酶基因丰度趋高。研究结果表明,在青海农用沼气发酵系统中,甲烷产生的途径主要依赖于H2氧化/CO2还原的合成。     

复合菌剂启动餐厨垃圾推流工艺(PFR)堆肥化过程中的微生物群落动态解析

好氧堆肥是我国餐厨垃圾资源化的主要方法,微生物在其处理过程中起到关键作用,但是目前对其启动微生物及不同工艺单元微生物群落结构的研究较少。通过对比有无菌种启动发酵体系,并分析各工艺单元的微生物多样性与群落结构,为改进餐厨垃圾资源化处理技术、提高资源利用效率提供科学依据。该研究采集中源创能餐厨垃圾处理厂的各个工艺单元及出料样品,以无菌系发酵为对照,采用Miseq高通量测序技术,研究启动菌剂对各工艺单元菌群组成、丰度、优势菌群的影响。结果表明:1、餐厨底物经复合菌种发酵后微生物多样性在不断增加(香农指数各个单元的变化规律为2.69—2.81—3.39),而无菌系启动的发酵体系微生物多样性并无显著增加,且杂乱无规律。2、主成分分析表明复合菌系启动下,前两个仓的样品聚类到了一起,说明发酵体系需要一个短暂的适应期。3、在门水平上,复合菌种发酵体系中Firmicutes(厚壁菌门)始终占优势地位,其次是变形菌门,而无菌种发酵体系中Proteobacteria(变形菌门)为优势菌门,Firmicutes(厚壁菌门)次之,在属水平上,复合菌种发酵体系的优势菌属为Lactobacillus(乳杆菌)和Exiguobacterium(微小杆菌),而无菌种发酵体系的优势菌属为Ignatzschineria(依格纳季氏菌属)和Lactobacillus(乳杆菌)。4、经过KEGG功能注释后发现两体系均由碳水化合物运输代谢和氨基酸转运代谢占主导,系相同的餐厨底物所致。该研究明确了典型复合菌剂启动下的餐厨垃圾好氧堆肥处理工艺单元的微生物群落结构和多样性,并提出了优化处理工艺、强化资源利用效率的建议。     

石油烃降解产甲烷菌系DNA提取方法比较研究

基因组DNA提取方法是评价微生物种群多样性的关键因素,文章研究了不同提取方法对石油烃降解产甲烷菌群结构的影响。分别采用如下五种方法提取纯化DNA:方法 I:玻璃珠振荡破壁、Tris平衡酚(pH值8.0)、氯仿、异戊醇提取,Promega试剂盒纯化法;方法 II:玻璃珠振荡破壁,水饱和酚(pH值5.2)、氯仿、异戊醇提取,Promega试剂盒纯化法;方法 III:进口试剂盒1+核酸自动提取仪法,方法 IV:玻璃珠振荡破壁,核酸自动提取仪提取法;方法 V:国产试剂盒提取法。通过末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)分析细菌和古菌群落结构组成。采用不同方法获得的细菌和古菌的主要菌群结构类似,但是相对丰度存在差异。     

高通量测序分析酒糟鱼中微生物群落多样性

利用高通量测序分析对实验室自制酒糟鱼和市场上酒糟鱼进行分析,研究不同酒糟鱼微生物群落的多样性。结果表明:发酵可以有效提高酒糟鱼微生物群落分布的多样性,实验室自制酒糟鱼菌种丰度低于市场,菌种多样性和菌群丰度差异项高于市场。实验室自制酒糟鱼中微生物主要以乳酸杆菌属、布丘氏菌属、小球菌属、弧菌属、芽孢杆菌属等为主;而市场上酒糟鱼中微生物菌属以乳酸杆菌属、魏斯氏菌属、嗜冷杆菌属、嗜冻菌属、漫游球菌属等为主。两种酒糟鱼样品都以乳酸杆菌为主要优势菌种,其他优势菌种包括漫游球菌属、葡萄球菌属等6种,对酒糟鱼发酵过程影响显著。     

低温沼气发酵高效菌系的筛选及微生物群落解析

为提高低温下沼气发酵效果,该研究使用不同接种物进行沼气发酵,并利用Mi Seq高通量测序技术对优良接种物发酵沼液的群落结构进行分析。结果显示,以牛粪作为接种物在日产气量、产气速率和甲烷含量方面均优于其他组。高通量测序结果分析表明接种牛粪接种物后在细菌群落上形成的优势类群为Bacteroidetes,Firmicutes,Proteobacteria和Spirochaetae,并以Firmicutes和Bacteroidetes占主要优势地位;在古菌群落结构上形成的优势菌群在目的分类水平主要为Methanosarcinales、Miscellaneous Crenarchaeotic Group(MCG)和Methanomicrobiales,并以Methanomicrobiales为主,在属的分类水平上主要为Methanosaeta,MCG和Methanosarcina,其中Methanosaeta占主要地位。该研究为低温沼气发酵接种物的筛选和相关菌系分离及利用提供了科学依据。     

沼液和菇渣多年施用对日光温室番茄生长发育及根际土壤环境的影响

为验证沼液和菇渣多年混合施用对日光温室番茄产量品质和土壤环境的影响提供依据，以“普罗旺斯”番茄为试材，采用单一变量的方法，研究常规施肥栽培（CK）、沼液还田（BS组）、平菇菇渣还田（MR 组）和沼液、菇渣配合施用（BM 组）4个处理在多年栽培下番茄产量、品质与土壤理化性质的变化差异。对比CK，BS、MR、BM 组处理提高了番茄的产量和可溶性糖含量，产量分别增加了19.33%、14.32%和31.49%，增加土壤有机质、速效氮、速效磷和速效钾含量，改善了番茄种植的土壤环境；BS、MR 和 BM 三组处理提高了真菌群落的多样性，降低了古菌群落的多样性，且BS组和BM组较CK和MR组差异更加显著。沼液或者菇渣和沼液配合施用，不仅能提高番茄的产量，而且在一定程度上可以改良土壤基本理化性质，改变番茄根际土壤中微生物群落结构，促进作物对养分的吸收和利用。     

北京市大中型沼气工程调研分析与建议

为详细了解北京市大中型沼气工程发展现状,2009年夏季抽选了北京市38座大中型沼气工程进行实地问卷调查,并于2010年冬季再次进行调查。调查内容包括工程投资、工程所有单位、工程设计施工单位、工程工艺、运行管理、沼气和沼液沼渣利用、夏季和冬季运行状态等方面的情况。同时,对调查所获数据进行了分析。调查结果表明:北京市大中型沼气工程以获得能源、服务农村和保护环境目的为主;市政府对工程投资力度较大,工程设计施工体系初具产业规模;工程工艺以能源生态型为主,冬季加热方式主要采用燃煤加温;沼气利用以农户炊事为主,沼液沼渣利用率差。由于沼肥经济效益低,产气量不高,冬季采用燃煤加热和购买原料等原因,工程经济效益不明显。最后,总结了目前北京市大中型沼气工程存在的主要问题,并提出了相关建议。     

宁夏葡萄园土壤微生物量及土壤酶活性动态变化

【目的】探讨宁夏长期种植葡萄后土壤微生物量及土壤酶活性的时间、空间变化规律。【方法】本试验以宁夏种植20 a的葡萄园为研究对象,分别在不同物候期(萌芽展叶期、开花坐果期、果实成熟期及落叶期)和不同土层深度(0～20、20～40 cm和40～60 cm)采集葡萄的根际土壤和非根际土壤,测试土壤的微生物生物量碳、氮、磷和土壤脲酶、过氧化氢酶、磷酸酶和蔗糖酶的活性。【结果】根际土壤微生物量碳、氮量随着土层的加深逐渐降低,非根际土壤微生物量碳、氮量随着土层的加深逐渐升高。土壤微生物量磷在根际土壤中随土层加深其质量浓度逐渐升高,非根际土壤中微生物量磷随着土层加深其质量浓度降低。根际在0～20 cm对土壤微生物量碳、氮的富集率最高,分别为30.50%和45.26%;而土壤微生物量磷在40～60 cm土层达到最高,富集率为59.29%。根际土壤的脲酶、过氧化氢酶、磷酸酶和蔗糖酶活性随着土层的加深其活性逐渐降低;而非根际土壤的脲酶、过氧化氢酶和磷酸酶活性随着土层的加深其活性逐渐升高。根际土壤和非根际土壤中脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶的活性随着物候期表现出先降低后升高的变化趋势,而土壤磷酸酶的活性出现先升高后降低的变化趋势。通过Pearson相关系数对土壤的酶活性和土壤微生物生物量进行相关分析可知,土壤磷酸酶活性和蔗糖酶活性与微生物生物量碳呈显著正相关,与微生物生物量氮呈极显著正相关,土壤脲酶活性与微生物量磷呈显著负相关。【结论】长期种植葡萄后,根际土壤微生物碳和氮有明显的富集效应。根际土壤与非根际土壤的四种土壤酶活性变化规律不一致,可能与葡萄根际分泌物及土壤微生物多样性有关,需进一步研究。     

沼气净化技术及储存方式优化分析——以沼气工程为例

为优化沼气的净化技术和储存方式,文章对3座有代表性的畜禽养殖场沼气工程的沼气净化技术及储存方式进行了实证研究。通过对比分析得出:采用生物—化学联合工艺处理高H2S浓度的沼气是一种行之有效的沼气净化技术;北方地区宜采用干式储气柜;远距离输气适宜采用高压干式储气系统;沼气发电的工程采用干式双膜贮气罐更适合。     

沼气发酵接种物对沼气及沼液成分的影响

采用新鲜的猪粪为原料,以崇明前卫村沼气池中正常发酵的沼液为接种物,利用自制的小型沼气发酵装置开展了沼气发酵的实验研究.结果表明,使用驯化过的接种物有利于提高沼气产气量和产气中甲烷的含量,并能最大限度地保留沼液中的营养成分.通过上述研究,为沼气的工业生产和市场化运作打下了一定的理论基础.     

沼液对葡萄叶蝉及霜霉病防治效果研究

研究了不同浓度沼液喷施对葡萄叶蝉及葡萄霜霉病的防治效果。田间和温室试验各设6个处理,从葡萄展叶期开始定期喷施不同浓度沼液,开展霜霉病病原菌接种试验和叶蝉危害观察试验。结果表明,不同浓度的沼液喷施对葡萄叶蝉危害防治具有一定的效果,与未喷施沼液的T₀相比,露地栽培叶蝉危害显著降低,且随着喷施沼液浓度的提高而逐步下降,喷施沼液原液叶蝉危害率为17.40%,防治效果达49.12%;不同浓度的沼液喷施葡萄叶片对不同栽培环境下（露地和温室）葡萄霜霉病均具有防治效果,且喷施80%浓度沼液效果最显著,防治效果分别达58.54%和50.56%。研究结果揭示了沼液在葡萄病虫害防治中的作用,沼液可在葡萄栽培中得到综合利用。      

规模化沼气工程发展现状及对策

农作物秸秆与畜禽粪污的无害化处理与资源化利用对改善农村地区人居环境至关重要,而沼气工程是实现农作物秸秆与畜禽粪污资源化利用的重要途径。与此同时,沼气作为一种清洁绿色生物质能源,能够缓解我国化石能源短缺问题。以烂柯山农业种植专业合作社的规模化沼气工程为研究对象,通过文献综述和实地调研,从沼气工程的规模、原料来源、原料种类及数量、设备类型、沼气产量、沼肥产量及带动相关产业等方面系统研究烂柯山秸秆沼气工程的发展现状及存在的不足,进而明晰目前沼气工程存在的共性问题,包括沼气产量不稳定、单纯依靠沼气经济效益甚微、缺乏完整产业链,运行管理模式不够创新等。针对以上共性问题创新提出分段式沼气工程运行模式,前端负责沼气工程相关产品的生产及运行管理,后端负责沼气工程相关产品的销售,以期为沼气产业健康可持续发展及相关管理部门的决策提供理论依据。      

沼液中重金属的吸附去除研究

为了研究吸附剂对于沼液中重金属的去除能力,实验首先比较D401树脂对模拟沼液和实际沼液中Cu 2+,Zn 2+,Pb 2+,Cd 2+4种重金属的吸附效果。结果表明,D401树脂对模拟沼液中4种重金属的吸附能力远远高于实际沼液。其次,选取D401树脂、LSC-500树脂及沸石3种吸附剂,比较3种吸附剂对实际沼液中Cu 2+,Zn 2+,Pb 2+,Cd 2+4种重金属的吸附效果。结果表明沸石对实际沼液重金属的去除效果最差,LSC-500树脂的吸附能力略优于D401树脂。以期该实验结果为今后更高效地处理沼液中的重金属提供基础理论依据。     

施灌沼肥对土壤氨挥发和氮素下渗规律的影响

为探讨施灌沼肥对土壤氨挥发和氮素下渗的影响,在室温条件下,采用土柱模拟试验,系统研究沼肥不同施用量和不同施用深度对土壤表面的NH3挥发及土壤垂直剖面上的总氮、NH+4-N、NO-3-N下渗的影响规律。结果表明:表施沼肥时,土壤表面的NH3挥发累积量和挥发的延续时间均随沼肥施用量的增加而增加;土壤垂直剖面上的含水率、总氮和NH+4-N均主要集中在表层土壤,而NO-3-N可迁移至较深层土壤。底施沼肥时,NH3挥发累积量随着沼肥施用深度的增加而减少,施用深度为10 cm时便可有效减少沼肥的NH3挥发损失;同时土壤垂直剖面上的含水率和总氮、NH+4-N、NO-3-N质量比的最高点均与沼肥施用深度呈显著正相关。     

沼液滴灌过滤技术及设备集成研究

文章针对当前沼液过滤困难、随意排放污染环境等问题,设计了智能化的沼液滴灌过滤技术及设备。利用三级过滤实现沼液粘稠分离,粘液通过沼液液位监测,智能控制固液分离机,实现沼渣沼液分离,稀液通过120目过滤网,达到滴灌要求,并采用清洗设备实现滤网的自动冲洗。通过系统智能化控制与人工控制成本对比试验表明,该沼液滴灌过滤技术及设备经济环保,操作简单,有利于推广使用。该研究为沼液的大规模利用进一步研究提供了参考。